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这家伙很懒,什么都没写...

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罗会阡的博文:阿基米德与裸奔行为艺术

热度 18已有 2299 次阅读2012-10-21 20:07 | 阿基米德, 行为艺术

  •   这个世界偶尔总会发生一些疯狂的事情,比如所谓之行为艺术。话说从修女到上帝都曾疯狂过。当然,其中不能缺了咱物理学家们。物理学史上搞行为艺术的科学家有不少,要说谁最厉害那就非阿基米德莫属。因为他的行为艺术最为前卫——大街上裸奔。其实说前卫并不合适,因为在阿基米德那个年代(古希腊),裸奔并不少见。最大的裸奔莫过于古代奥运会——那是一个群体裸奔和看别人裸奔的盛会。然而到了现代运动会,裸奔者只会被警察拎出场外。在古希腊是一个裸奔者的天堂,也许哪天你早上起来就会发现,原来窗外一群人都在裸奔,那也就见怪不怪了。所以我们不能责怪阿基米德作为物理学史上裸奔第一人,毕竟,他只是入乡随俗而已。

        正是阿基米德开了裸奔之先河,后人逐渐仿效。笔者未曾考证科学史上究竟有多少人裸奔过,但笔者可以负责任地告诉你,要看科学家裸奔,你可以去哈佛看未来的科学家裸奔。哈佛每年有裸奔节,据说是为了缓解考试压力。也正是有了此妙招,哈佛学生才能应付每年繁重的考试任务。而不曾裸奔的剑桥学生们,只好选择了作弊。[调查显示:剑桥大学半数学生承认曾作弊] 古希腊的开放之风气,也延续到了罗马帝国,哪个时代就不只是裸奔了。即便是男女共浴,也是平常之事。而对于刚刚从封建桎梏中解脱出来不久的中国人民,也可以堂而皇之地当街洗澡。对了,阿基米德的裸奔故事,正是从洗澡问题开始。


    (哈佛大学裸奔节)



    (古罗马的男女共浴与当代中国的当街洗澡)

    这是一个美丽的传说,想必许多人都熟悉的很了。据说,在一次,希耶隆二世制造了一顶金王冠,但是,他总是怀疑金匠偷了他的金,在王冠中掺了银。于是,他请阿基米德来鉴定,但是要求不能破坏皇冠。可怜的阿基米德,对着炫目的皇冠琢磨了半天,终于,累了。于是仆人放好了洗澡水让他去洗澡,当他泡进澡盆,看着溢出来的热水时,于是,灵光一现。他忽然想到,物体即使有相同重量但不同材质,体积便会不同,那么排出的水量也不一样。得到答案的阿基米德幸福地起身,开始了他裸奔的壮举,一边喊道:“我明白了!我明白了!”之后,他做了实验——只要把皇冠放在水里看排出的水量,然后和同等重量的金子(不知道他哪里来这么多金子,阿基米德肯定很有钱!)排出的水量做比较即可。结果证明,皇冠的确是掺假了的。制作皇冠的工匠也脑袋搬家,阿基米德获得嘉奖。后来我们都知道,这便是阿基米德浮力原理的智慧起源。当然,这个故事很完美,既说明了科学家的智慧,也说明了科学家的疯狂,还有因果报应等等,很适合用于布道。不过,阿基米德忽略了一个重要的问题,那就是物质的体积其实不是那么容易确定的。再次据说,有个老妇人知道阿基米德的裸奔事件和重大发现之后,也拿了个金球来请他鉴定。阿基米德的鉴定结果是同样的:这不是一个纯金的球。老妇人当然很气愤,随即操刀把金球给劈开了,才发现原来是一个空心球!阿基米德的经验,也有犯错误的时候的。

     

    (阿基米德洗澡的故事)

    阿基米德的裸奔故事只是他在探索物质的体积起源中的一个小小的插曲,而后,阿基米德进行了许多几何学上的研究。比如他用排水的方法定出圆柱体和它内接球体的比例是3∶2。不过,古代人研究体积都只宏观的方法,物质的体积其实并非只是质量乘以密度,因为物质的密度其实和它所处的条件有关。经过数代物理学家的不懈努力,人们也终于从微观上认识到了宏观体积的起源。如下图为金刚石、石墨和碳60的晶体结构,它都由碳原子组成,但在宏观的硬度和密度上却差别甚大,这主要是因为它们的微观结构不同,即碳原子的空间排布不同。可是碳原子为什么会有如此丰富的排布方式呢,这是因为碳原子外面有四个价电子,它们可以形成丰富形态的化学键。形成化学键的基本相互作用,那就是我们熟知的库伦相互作用——电荷之间的吸引和排斥作用。也就是说,体积的真正起源,来自于库伦相互作用,电荷之间的排斥和吸引相互平衡,使得固体物质有了固定的形状。当然,对于水这样的流体而言,决定水体积的主要是分子之间的范德瓦尔斯相互作用及氢键等,它们比原子之间的相互作用要弱很多,于是没有固定的形状。这也正是阿基米德能用排水量定出物体的外在体积的原因——当然要保证这东东得是实心的哦!

    (金刚石、石墨和碳60的晶体结构)

    阿基米德除了发明了著名的阿基米德原理——浮力的奥秘之外,他还研究了许多数学和物理上的问题。可以说,他是一个全才,后辈堪称天才的开普勒和达芬奇都以他为榜样。在这里,我们再简要介绍他的几个有趣的故事吧。

    (阿基米德——力学之父)

    在数学上,他确定了各种复杂几何体的表面积和体积的计算方法。创立了“穷竭法”,被公认为微积分计算的鼻祖。他还用逐渐接近的方法,比较精确的求出了圆周率。面对古希腊繁冗的数字表示方式,阿基米德还首创了记大数的方法,突破了当时用希腊字母计数不能超过一万的局限,并用它解决了许多数学难题。

    在天文学上,阿基米德发明了星球仪,他还认为地球是圆球状的,并围绕着太阳旋转。这可比哥白尼早了1800多年呢!

    在物理学上,那贡献就多了。比如著名的阿基米德螺旋抽水机等稀奇古怪而又实用的玩意儿。还有据说,罗马帝国入侵阿基米德所在的小城的时候,他号召全城老幼妇孺用镜子打退了罗马的战船部队。也即用无数镜子组成一副巨大的凹面镜,把放射的太阳光聚焦在罗马战舰的帆上,战舰不久就着火沉入海底了。这个故事比裸奔的典故还更不靠谱,据说后来有人重复这个实验,没有成功。不过阿基米德最典型的特点也就是不靠谱,因为他曾豪言壮语道:“给我一个支点,我可以撑起地球。”如果死讲理的人可以算算,即使给了他这么一个支点,让他把地球移动一毫米,他估计得坐最先进的宇宙飞船才行,要不走路的话走到老死了也还做不到的。但若你真那么去计算阿基米德要跑多远,那你就绝对没有理解他说的这句话。人家只不过要表示一个姿态而已——瞧,这就是所谓杠杆原理,它是很神奇的!又有一个传说是阿基米德用杠杆原理发明了一个巨型起重机,它可以直接把罗马战舰给高高吊起,然后摔的四分五裂,还有他还发明了巨型抛石机,可以当大炮使唤,总之,阿基米德“一个人的战争”把罗马军队给赶跑了无数次。

  • (阿基米德螺旋抽水机)

  • (阿基米德大胜罗马舰队)



  • (阿基米德在撑起地球!)

    历史总有点嘲弄人的感觉,阿基米德打败了罗马军队,而他也最终死于罗马军队中某无名小卒的剑下。公元前212年,罗马人趁叙拉古城防务稍有松懈,大举进攻闯入了城市。此时,75岁的阿基米德正在潜心研究一道深奥的数学题,一个罗马士兵闯入,用脚践踏了他所画的图形,阿基米德愤怒地与之争论,残暴无知的士兵举刀一挥,一位璀璨的科学巨星就此陨落了。据说罗马皇帝知道自己的士兵杀死了阿基米德后,十分后悔。然而是以至此,何以回天!阿基米德的墓碑上,由敌军将领马拉赛斯刻上了一个图形。如下图,一个圆柱的底面直径与其高度相等,也与圆锥的高度和圆球的直径相等,它们的体积关系非常有趣,是圆锥:圆球:圆柱=1:2:3。这就是阿基米德的一生,一个疯狂、执着、智慧、伟大的物理学家!




    (阿基米德墓碑上的图形)

     


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发表评论 评论 (1 个评论)

回复 hbwjyi 2015-4-11 20:20
科学家,思想很活跃。

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